基礎電気理論 4 回目 月 8 日 ( 月 ) 共振回路, 電力教科書 4 ページから 4 ページ 期末試験の日程, 教室 試験日 : 月 4 日 ( 月 ) 時限 教室 :B-4 試験範囲 : 教科書 4ページまでの予定 http://ir.cs.yamanashi.ac.jp/~ysuzuki/kisodenki/ 特別試験 ( 予定 ) 月 5 日 ( 水 ) 学習日 月 6 日 ( 木 ) 試験日 対象者には NS で連絡 ハイパス型 回路 ( 微分回路 ) 6ページ V I V V V j I V Z + + j j 4 ハイパス型 回路の伝達特性 出力電圧 V I 入力電圧 V ( + ) I + j j j とおくと V V + ( ) V tan ( ) V V V j ( 振幅の周波数特性 ) ( 位相の周波数特性 ) 5 ハイパス形 回路のパルスレスポンス ファンクションジェネレータ ( 波形発生器 ) オシロスコープ 6
y ハイパス形 回路のパルスレスポンス : 減衰曲線..8.6.4...8 τ y e τ ハイパス形 回路のパルスレスポンスの実験 ファンクションジェネレータ ( 波形発生器 ) オシロスコープ.6.4. O 4 5 6 微分回路 7 8 ハイパス形 回路のパルスレスポンスの実験結果.μF,kΩ ハイパス形 回路のパルスレスポンスの実験結果.μF,kΩ 9 ハイパス形 回路のパルスレスポンスの実験結果.μF,kΩ 時定数 τの変化とパルスレスポンス ( 微分回路 ) y...9.8.7 y ep( ) τ.6.5 τ4.4... τ τ - O 4 5 6 7 8 9
4 - - - -4-4 - - - 4 特性周波数 ( 遮断周波数 :ut Off Frequency) 特性周波数 ( 遮断周波数 ) V V + V > のとき振幅の周波数特性はほぼ V V のとき振幅の周波数特性 V V < のとき振幅の周波数特性は6dB/octの傾き V V V ハイパス型 回路の特性周波数 ( 遮断周波数 :ut Off Frequency). + ( ) 特性周波数 ( 遮断周波数 ) V V + V > のとき振幅の周波数特性はほぼ V V のとき振幅の周波数特性 V < のとき振幅の周波数特性 V V は6dB/octの傾き 4 特性周波数 ( 遮断周波数 :ut Off Frequency ) 練習問題.μF, kωの回路の特性周波数 f は何 Hzか? f.6 Hz 6 π π 6.8. pf, kωの回路の 特性周波数 f は何 Hzか? 5 6 練習問題 の答え ローパス型 回路 ( 積分回路 ) pf, kωの回路の 特性周波数 f は何 Hzか? f π π 6.8 6.6 [Hz] V V 7 V V j I V Z + + j j 8
ローパス型 回路の伝達特性 I 出力電圧 V j j 入力電圧 V + j ( + ) I + j j j とおくと V V + ( ) V tan ( ) V V V + j ( 振幅の周波数特性 ) ( 位相の周波数特性 ) 9 ローパス形 回路のパルスレスポンス ファンクションジェネレータ ( 波形発生器 ) オシロスコープ 積分回路 ローパス形 回路のパルスレスポンスの実験 ローパス形 回路のパルスレスポンスの実験結果.μF,kΩ ファンクションジェネレータ ( 波形発生器 ) オシロスコープ ローパス形 回路のパルスレスポンスの実験結果.μF,kΩ ローパス形 回路のパルスレスポンスの実験結果.μF,kΩ 4
4 - - - -4-4 - - - 4 y..9.8.7.6.5.4... 時定数 τ の変化とパルスレスポンス ( 積分回路 ) τ τ τ4 y ep( ) τ O 4 5 6 7 8 9 5 特性周波数 ( 遮断周波数 :ut Off Frequency) 特性周波数 ( 遮断周波数 ) V V + V < のとき振幅の周波数特性はほぼ V V のとき振幅の周波数特性 V V > のとき振幅の周波数特性は6dB/octの傾き V 6 V V ローパス型 回路の特性周波数 ( 遮断周波数 :ut Off Frequency). + ( ) 特性周波数 ( 遮断周波数 ) V V + V < のとき振幅の周波数特性はほぼ V V のとき振幅の周波数特性 V > のとき振幅の周波数特性 V は6dB/octの傾き 7 V 増幅器の周波数特性と 回路 ハイパス 回路 ( 微分回路 ) 教科書 pp4 第 4 図 増幅特性 V/V 低域特性 中域特性 ローパス 回路 ( 積分回路 ) 高域特性 周波数 f 8 回路の時定数 τ と入力パルス幅 T パルス幅 T ハイパス 回路 τ Tのとき 微分回路動作 増幅器動作 τ Tでは パルスのひずみ ( サグ ) を問題にする 高域特性とパルスレスポンス 増幅器の高域特性の影響 パルスのなまり 教科書 5 ページ第 4 図 Tr 立ち上がり時間 %~9% パルス幅 T ローパス 回路 パルス幅 T τ T では パルスのひずみ ( 立ち上がり時間 ) を問題にする 立ち上がり時間 tr (..) τ.τ..5 πf f f : 高域遮断周波数 ( ) π 立ち上がり時間 t. r 積分回路動作 9
練習問題 ローパス型 (.μf,kω) の立ち上が り時間を求めよ ローパス 回路 kω 練習問題 の答えローパス型 (.μf,kω) の立ち上がり時間を求めよ.μF Tr 立ち上がり時間 %~9% 6 5 立ち上がり時間.... [ μs] t r μs 低域特性とパルスレスポンス 練習問題 増幅器の低域特性の影響 サグ ( パルスの頭のわずかな傾き B 教科書 6ページ第 4 図 A ハイパス型 回路で入力信号パルスの基本周波数 f in 6Hz のとき, サグ S% にするための特性周波数 f を求めよ. またそのとき使用する と を求めよ. B Sag % A 4 練習問題 の答え ハイパス型 回路で入力信号パルスの基本周波数 f in 6HzのときサグS% にするための特性周波数 f を求めよ. またそのとき使用するとを求めよ. S fin f.8. 6 [Hz] π τ.8[s] πf S f. 6 例えば [μf], 8.[kΩ] in 5 L 回路 ( 共振回路 ) A L インピーダンス Z + j( L ) 直列共振回路 6
共振周波数 Z + j( L ) jパートがの時の周波数を ( 共振周波数 ) とすると L L Z のとき, インピーダンスZは最小 ( Z ) となって, 共振がもっとも盛んになる. 共振周波数を[Hz] で表現すると f π π L 7 直列共振回路のインピーダンス < > jl j 合成 Z jl 合成 Z j Z + j L jl j 合成 Z 8 電力の扱い, 電源線, アース 教科書 7 ページ 電力消費エネルギー量電力 [ W ] [J/s] 時間 電力 : 秒間に消費するエネルギーの量 9 4 ジュール [J] とカロリー [cal] とキロワット時 [kwh] ジュールとカロリー ケフィア ( たぶん ) の栄養成分表示 ジュール キロワット時 カロリー [J] kgm /s.78-6.9 [kwh].6 6.86 6 [cal] 4.868.6-6 4 4
抵抗の消費電力 P P VI I V [W] 4 PU などの LSI 抵抗, トランジスタなどが高集積されている PU 発熱に対する対策が必要 廃熱 : フィン, ファン, 水冷, ペルチェ素子 低電圧低電流 PentiumD 94 ore Duo E85 ore Duo T95 TDP( 熱設計電力 ) 製造プロセス ( 配線の間隔 ), 動作クロック W 65nmプロセス.GHz 65W 45nmプロセス.6GHz 5W 45nmプロセス.6GHz 44 抵抗器の定格電力 最大の電力を取り出す ( インピーダンス整合 ) 年生からの実験で使う抵抗 /4W( 写真上 ), /6W( 写真下 ) の抵抗 電気回路 テブナンの定理 r i /4W /6W V I r + i P I V ( r + ) i A V Pが最大になるの値は r i 45 P ma V 4r i 46 電力 P 電力 P と抵抗 の関係 y..5 %..5..5 P I V ( r ) i + y ( + ) インピーダンス整合 MP プレーヤーとヘッドフォン Sony walkman Aシリーズ,Eシリーズ:6Ω iriver U,N,T,H:6Ω Apple ipod nano:ω 多くのインナータイプのヘッドフォン :6Ω 多くの密閉型ヘッドフォン :Ω O.5 4 5 6 7 8 -.5 抵抗 47 ヘッドフォンに効率よく電力を供給するために同じインピーダンスの機器を接続する 48
練習問題 下の単語を簡単に説明せよ インピーダンス (Z):p.6 アドミッタンス (Y):p.86 キャパシタンス ():p.5 インダクタンス (L):p.58 レジスタンス ():p.5 リアクタンス (X):p.6 練習問題 下の単語を簡単に説明せよ インピーダンス : 電気の流れにくさ アドミッタンス : 電気の流れやすさ インダクタンス : コイルに単位の電流を流したときのコイルの磁場の強さ キャパシタンス : コンデンサが蓄えられる電荷の量 レジスタンス : 抵抗器の電気の流れにくさ リアクタンス :Lやのインピーダンス 49 5 コンデンサに交流電圧をかけたときの電圧と電流の関係 -VA 実験結果 H: 電圧波形,H: 電流の波形 交流電圧 ( オシレータ ) 電圧 v コンデンサ π 電流 i( 電圧 vより位相が進んだ正弦波 ) オシロスコープ 5 5 インダクタンスに交流電圧をかけたときの電流と電圧の関係 L-VA 実験結果 H: 電圧波形,H: 電流波形 電圧 v 交流電圧 コイル π 電流 i( 電圧 vより位相が遅れた正弦波 ) オシロスコープ 5 54